沿岸域におけるサブメソスケール渦混合に伴う物質輸送に関する研究(学位論文)

Submesoscale eddy mixing in coastal and shelf seas (Thesis)

上平 雄基   

Kamidaira, Yuki

広大な海洋環境を有する日本にとって、周辺の陸棚域、沿岸域の海洋流動構造を把握する海洋アセスメントは、水産資源, 海底資源, 国防, 防災, 気象など、様々な観点から重要となる。そこで、本研究では海洋アセスメントシステムへの高解像度モデルの適用性を検討することを目的とし、サンゴ礁の保全、放射性物質による海洋汚染状況の把握の観点から海洋アセスメントの必要性に迫られていた琉球諸島周辺海域及び東北地方太平洋沿岸海域を対象にし、領域海洋モデル(ROMS)を用いた2段階のネスティングにより水平解像度1kmまで細密化したサブメソスケール渦解像海洋モデリングシステムを開発した。また、現業海洋アセスメントシステムへのサブメソスケール渦解像海洋モデルの適用先として日本原子力研究開発機構が開発した緊急時海洋環境放射能評価システム(STEAMER)へのROMSダウンスケーリングシステムへの導入を検討した。その結果、本研究で開発したサブメソスケール渦解像海洋モデリングシステムは、いずれも精緻に海況場を再現していた。また、eddy heat flux解析や渦運動エネルギー収支解析結果から、熱や放射性物質のサブメソスケール渦に伴う3次元的な物質混合の発達メカニズムには傾圧不安定、シア不安定が強く影響していることを示した。これらの結果より、精緻な海洋アセスメントシステム構築にはダウンスケーリングによる高解像度化が重要な役割を果たすことが示された。

Japan has vast marine environment. Therefore, the marine environmental assessment to grasp oceanic structure of shelf and coastal area in the vicinity is important from various viewpoints, such as marine and seafloor resources, national defense, and disaster prevention for Japan. For instance, preserving the coral coasts around the Ryukyu Islands, and assessing marine pollution due the raidionuclides released form the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant are urgent matters for Japan. In the present study, submesoscale-eddy-resolving numerical experiments using Regional Oceanic Modeling System (ROMS) were conducted for areas around the Ryukyu Islands and the northeast Pacific coast of Japan to investigate the applicability of the high-resolution model to the marine assessment system. In addition, we considered improving the Short-Term Emergency Assessment system of Marine Environmental Radioactivity (STEAMER) to reproduce more realistic oceanic dispersal of radionuclide by introducing multiple-nested downscaling ocean modeling system using the ROMS. Extensive model-data comparison demonstrated that the submsoscale eddy-resolving models, with a lateral grid resolution of 1km, could successfully reproduce the synoptic and mesoscale oceanic structures. According to the eddy heat flux analysis and energy conversion analysis relevant to the eddy-generation mechanisms revealed that both of shear instability and baroclinic instability enhanced the three-dimensional mixing of tracers induced by submesoscale eddy. These results suggested that the multiple-nested, high resolution, downscaling ocean modeling has important role to develop the accurate marine environmental assessment system.